import java.util.Deque;
import java.util.LinkedList;

public class Sort {

    /**
     * 插入排序
     * 时间复杂度：O(N^2)
     *      最好情况的时间复杂度：O(N）
     *          当数据趋于有序的时候，排序速度会非常快。
     *              一般的场景就是数据基本有序，建议使用直接插入排序
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：稳定
     *         如果一个排序是稳定的，那么就可以实现为不稳定的
     *         但是如果一个排序本身就是不稳定的，你没有办法实现为稳定的排序
     * @param array
     */
    public static void insertSort(int[] array) {
        int tmp = 0;
        for(int i = 1; i < array.length; i++) {
            tmp = array[i];
            int j = 0;
            for(j = i-1; j >= 0; j--) {
                if(array[j] > tmp) {
                    array[j+1] = array[j];
                }else {
                    array[j+1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j+1] = tmp;

        }
    }

    /**
     * 希尔排序
     * 时间复杂度：O(N^1.3) - O(N^1.5)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定
     * @param array
     */
    public static void shellSort(int[] array) {
        int gap = array.length;
        while(gap > 1) {
            shell(array,gap);
            gap /= 2;
        }
        //整体进行插入排序
        shell(array,1);
    }
    public static void shell(int[] array, int gap) {
        int tmp = 0;
        for(int i = gap; i < array.length; i++) {
            tmp = array[i];
            int j = i-gap;
            for(; j >= 0; j-=gap) {
                if(array[j] > tmp) {
                    array[j+gap] = array[j];
                }else {
                    array[j+gap] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j+gap] = tmp;

        }
    }

    /**
     * 选择排序
     * 时间复杂度：O(N^2)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定
     * @param array
     */
    public static void selectSort(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int minIndex = i;
            for (int j = i+1; j < array.length; j++) {
                if(array[minIndex] > array[j]) {
                    minIndex = j;
                }
            }
            swap(array,i,minIndex);
        }
    }
    private static void swap(int[] array, int i, int j) {
        int tmp = array[j];
        array[j] = array[i];
        array[i] = tmp;
    }
    public static void selectSort2(int[] array) {
        int left = 0;
        int right = array.length-1;
        while(left < right) {
            int minIndex = left;
            int maxIndex = left;
            for (int i = left+1; i <= right; i++) {
                if(array[i] < array[minIndex]) {
                    minIndex = i;
                }
                if(array[i] > array[maxIndex]) {
                    maxIndex = i;
                }

            }
            //这里有可能把最大值换到minIndex的位置
            //言外之意，最大值正好在left这个地方
            swap(array,minIndex,left);
            if(maxIndex == left) {
                maxIndex = minIndex;
            }
            swap(array,maxIndex,right);
            left++;
            right--;
        }
    }

    /**
     * 堆排序
     * 时间复杂度：O(N*logN)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定
     * @param array
     */
    public static void heapSort(int[] array) {
        createBigHeap(array);
        int end = array.length-1;
        while(end > 0) {
            swap(array,0,end);
            shiftDown(array,0,end);
            end--;
        }
    }
    private static void createBigHeap(int[] array) {
        for (int parent = (array.length-1-1)/2; parent >= 0; parent--) {
            shiftDown(array,parent,array.length);
        }
    }
    private static void shiftDown(int[] array,int parent, int len) {
        int child = 2*parent+1;
        while(child < len) {
            if(child+1 < len && array[child] < array[child+1]) {
                child++;
            }
            if(array[child] > array[parent]) {
                swap(array,child,parent);
                parent = child;
                child = 2*parent+1;
            }else {
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 冒泡排序
     * 时间复杂度：O(N^2)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：稳定
     * @param array
     */
    public static void bubbleSort(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            boolean flg = false;
            for (int j = 0; j < array.length-i-1; j++) {
                if(array[j] > array[j+1]) {
                    swap(array,j,j+1);
                    flg = true;
                }
            }
            if(flg == false) {
                return;
            }
        }
    }

    /**
     * 递归实现快速排序
     * 时间复杂度：O(N*logN)
     *          最好情况：O(N*logN)
     *          最坏情况：O(N^2)  有序，逆序
     * 空间复杂度：
     *          最好情况：O(logN)
     *          最坏情况：O(N)
     * 稳定性：不稳定
     * @param array
     */
    public static void quickSort1(int[] array) {
        quick(array,0,array.length-1);
    }
    private static void quick(int[] array, int start, int end) {
        //为什么取大于号： 1 2 3 4 5 6
        if(start >= end) {
            return;
        }
        //优化，不会出现最坏情况
        //主要解决  减少递归的次数
        if(end - start + 1 <= 14) {
            //插入排序
            insertSort2(array,start,end);
            return;
        }
        //三树取中发：
        int index = midThree(array,start,end);
        swap(array,index,start);

        int pivot = partition(array,start,end);//划分
        //int pivot = partition2(array,start,end);//划分

        quick(array,start,pivot-1);
        quick(array,pivot+1,end);

    }
    private static void insertSort2(int[] array,int left, int right) {
        int tmp = 0;
        for(int i = left+1; i <= right; i++) {
            tmp = array[i];
            int j = 0;
            for(j = i-1; j >= left; j--) {
                if(array[j] > tmp) {
                    array[j+1] = array[j];
                }else {
                    array[j+1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j+1] = tmp;

        }
    }
    private static int midThree(int[] array, int left, int right) {
        int mid = (left+right)/2;
        if(array[left] < array[right]) {
            if(array[mid] < array[left]) {
                return left;
            }else if(array[mid] > array[right]) {
                return right;
            }else {
                return mid;
            }
        }else {
            if(array[mid] < array[right]) {
                return right;
            }else if(array[mid] > array[left]) {
                return left;
            }else {
                return mid;
            }
        }
    }
    //挖坑法
    private static int partition(int[] array, int left, int right) {
        int tmp = array[left];
        while(left < right) {
            while(left < right && array[right] >= tmp) {
                right--;
            }
            array[left] = array[right];
            while(left < right && array[left] <= tmp) {
                left++;
            }
            array[right] = array[left];
        }
        array[left] = tmp;
        return left;
    }
    //Hoare法
    private static int partition1(int[] array, int left, int right) {
        int tmp = array[left];
        int i = left;
        while(left < right) {
            while(left < right && array[right] >= tmp) {
                right--;
            }
            while(left < right && array[left] <= tmp) {
                left++;
            }
            swap(array,left,right);
        }
        swap(array,left,i);
        return left;
    }

    //前后指针法【了解即可】
    private static int partition3(int[] array, int left, int right) {
        int prev = left;
        int cur = left + 1;
        while (cur <= right) {
            if (array[cur] < array[left] && array[++prev] != array[cur]) {
                swap(array, cur, prev);
            }
            cur++;
        }
        swap(array, prev, left);
        return prev;
    }

    /**
     * 非递归实现快速排序
     * @param array
     */
    public static void quickSort(int[] array) {
        Deque<Integer> stack = new LinkedList<>();
        int left = 0;
        int right = array.length-1;
        int pivot = partition(array,left,right);
        if(pivot > left+1) {
            stack.push(left);
            stack.push(pivot-1);
        }
        if(pivot < right-1) {
            stack.push(pivot+1);
            stack.push(right);
        }
        while(!stack.isEmpty()) {
            right = stack.pop();
            left = stack.pop();
            pivot = partition(array,left,right);
            if(pivot > left+1) {
                stack.push(left);
                stack.push(pivot-1);
            }
            if(pivot < right-1) {
                stack.push(pivot+1);
                stack.push(right);
            }
        }
    }

    /**
     * 归并排序
     * 时间复杂度：O(N*logN)
     * 空间复杂度：O(N)
     * 稳定性：稳定
     * @param array
     */
    public static void mergeSort(int[] array) {
        mergeSortFunc(array,0,array.length-1);

    }
    private static void mergeSortFunc(int[] array, int left, int right) {
        if(left >= right) {
            return;
        }
        int mid = (left+right) / 2;
        mergeSortFunc(array,left,mid);
        mergeSortFunc(array,mid+1,right);
        merge(array,left,right,mid);
    }
    private static void merge(int[] array, int start, int end, int mid) {
        int s1 = start;
        //int e1 = mid;
        int s2 = mid+1;
        //int e2 = end;
        int[] tmp = new int[end-start+1];
        int k = 0;//tmp数组的下标
        while(s1 <= mid && s2<= end) {
            if(array[s1] <= array[s2]) {
                tmp[k++] = array[s1++];
            }else {
                tmp[k++] = array[s2++];

            }
        }
        while(s1 <= mid) {
            tmp[k++] = array[s1++];
        }
        while(s2 <= end) {
            tmp[k++] = array[s2++];
        }
        for (int i = 0; i < tmp.length; i++) {
            array[i+start] = tmp[i];
        }
    }

    /**
     * 非递归归并排序
     * @param array
     */

    public static void mergeSort2(int[] array) {
        int gap = 1;
        while(gap < array.length) {
            //i += gap*2  当前gap组的时候，去排序下一组
            for (int i = 0; i < array.length; i += gap*2) {
                int left = i;
                int mid = left+gap-1;
                if(mid >= array.length) {
                    mid = array.length-1;
                }
                int right = mid+gap;
                if(right >= array.length) {
                    right = array.length-1;
                }
                merge(array,left,right,mid);
            }
            //当前为两组有序  下次变成4组有序
            gap *= 2;
        }
    }

    /**
     * 计数排序
     * 使用场景：一组集中在某个范围的数据
     * 时间复杂度：O(N+范围)
     * 空间复杂度：O(范围)
     * 稳定性：不稳定
     *
     * @param array
     */
    public static void countSort(int[] array) {
        //1.遍历数组 找到最大值和最小值
        int max = array[0];
        int min = array[0];
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            if(array[i] < min) {
                min = array[i];
            }
            if(array[i] > max) {
                max = array[i];
            }
        }
        //2.根据范围 定义计数数组长度
        int len = max - min +1;
        int[] count = new int[len];
        //3.遍历数组 在计数数组当中 记录每个数组出现的次数
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            count[array[i]-min]++;
        }
        //4.遍历计数数组
        int index = 0;//array数组的新的下标
        for (int i = 0; i < count.length; i++) {
            while(count[i] > 0) {
                //这里要加最小值 反应真实的数据
                array[index] = i+min;
                index++;
                count[i]--;
            }
        }

    }

}
